振动基础理论-状态监测.doc

1.结合实际工作，综合论述开展设备监测诊断工作的八个固定工作程序。开展设备监测诊断工作的八个固定工作程序为：（1）定监测对象（2）定监测参数（3）定监测仪器和设备（4）定监测点（5）定监测周期（6）定监测标准根据不同的设备，参照国内外已发布的通用标准，或结合实际工作经验制定适合本单位特点的判别标准。通常情况下，判别标准有三类：一是绝对标准、二是相对标准、三是类比判断标准。（7）定监测规程（8）定监测人员2.在振动监测中，振动传感器的选择十分重要。阐述选择振动传感器应注意的问题。（1） 测量范围测量范围又称量程，是保证传感器有用的首要指标，因为超量程测量不仅意味着测量结果的不可靠，而且还可能造成传感器的损坏。（2） 频响范围所选传感器的工作频响范围应覆盖整个需要测试的信号频段并略有超出，也就是说应使传感器工作在线性区：其下限频率低于所测信号的低频段，上限频率高于所测信号的高频段。（3） 信噪比一般而言，总是希望传感器的灵敏度尽量高，以便检测微小信号，但外界噪声的混入也相应地影响增大，因此要求传感器的信噪比要高，以便在充分放大被测信号的同时，能最有效地抑制噪声信号。（4） 稳定性对于长期工况监测，尤其是在线式测量的传感器，要求时间稳定性好，信号漂移越小越好。对于水下、高温等特殊工作环境，还应考虑传感器的环境稳定性。此外，传感器的工作方式、外形尺寸、重量等也是需要考虑的因素。3.分析旋转机械转子不平衡故障原因，如何综合分析诊断转子不平衡故障？转子质量偏心及转子部件缺损是导致转子不平衡的两种因素。转子质量偏心是由于转子的制造误差、装备误差、材质不均匀等原因造成。转子部件缺损是指转子在运行中由于腐蚀、磨损或受疲劳应力作用，使转子叶轮、叶片局部损坏、脱落等原因造成。转子轴系允许最大不平衡量的计算方法： G平衡等级 m允许不平衡量 U-不平衡量 M-转子质量 r-平衡半径计算: e=G/ 不平衡量：U=M.e 允许的最大不平衡质量：m=U/r =G/ U=M.e m=U/r对转子不平衡故障进行综合分析应把握以下特征：（1）振动的时域波形为正弦波；（2）振动方向为径向；（3） 转子的轴心轨迹为椭圆；（4） 振动的强烈程度对工作转速的变化很敏感；转子不平衡的种类可分为：静不平衡、偶不平衡、动不平衡。3.线性系统振动是与激励相同，包括不平衡、不对中等故障。4.“轴心位置”和“轴向位置”各代表什么含义？当轴心位置和轴向位置异常时，有可能发生什么机械故障？（1）轴心位置是在稳定状况下，轴径中心相对于轴承中心的位置。通过观察轴心位置变化情况，可以分析轴径是否处于正常位置和轴承标高是否正常，以及轴瓦是否变形等问题。当轴心位置超出轴承间隙设计范围时，由于偏心太大，会发生轴承磨损等机械故障。（2）轴向位置是机器转子上止推环相对于推力轴承的位置，当轴向位置过小时，易造成动静摩擦，产生不良后果。5.分析转子临时性弯曲的故障原因和诊断方法，并说明如何治理转子临时性弯曲。转子临时性弯曲是由于转子有较大的预负荷、开机时暖机时间不足、升速过快、加载太大、转轴热变形等原因造成的。转子临时性弯曲可从以下振动特征来判断：（1） 振动频率主要为基频；（2） 机组在升速时，在低速阶段振动幅值就比较大，并随转速的升高而增大，但在稳定运行一段时间后振值下降至正常水平。转子临时性弯曲可从如下几方面治理：（1） 机组热态停机时，要及时盘车；（2） 在开机时，要进行足够时间的暖机；（3） 要按规程进行升速，不应升速过快。6.旋转机械转子不对中的原因，如何综合分析诊断不对中故障？旋转机械转子不对中原因：机器的安装误差、承载后的变形、工作状态时的对中变化以及基础的沉降不均等，是转子轴线之间产生径向位移、偏角位移或综合位移等误差，造成轴系不对中。分析不对中故障应把握以下特征信息：（1）特征频率：主要成分为二倍频，常伴有基频和三倍频，不对中越严重，二倍频分量越突出；（2）振动数值及相位特征：同一工况下稳定无变化，随转速变化不明显，随负荷增大，振动增大。；（3）振动方向：既有径向，也有轴向，通常轴向振动较大；（4） 轴心轨迹：双环椭圆。7.联轴器不对中有几种表现形式，有何特征？（1）联轴器不对中有三种表现形式： 平行不对中； 角度不对中； 综合不对中。（2）刚性联轴器不对中的故障特征： 平行不对中主要引起径向振动大，激振频率由基频、二倍频及调制波组成，二倍频振幅增大为特征频率； 角度不对中主要引起轴向振动，轴向振幅大于径向振幅，主要振动频率为转频分量； 一般与联轴器相邻的轴承处振动较大； 平行不对中时，两侧轴承径向振动相位差约180度；角度不对中时，联轴器两侧轴向相位差约180度； 对负荷变化敏感：负荷增大，振幅增加。8.在滚动轴承的质量检测中，冲击脉冲法是一种很重要的检测方法，简述其原理以及对轴承质量的评价方法。常规滚动轴承监测通常较有效的方法冲击脉冲技术。比如疲劳剥落、裂纹、磨损和嵌入杂物时，滚动体与内外圈的不规则面相对运动就会引起脉冲性振动，冲击脉冲的能量与冲击的速度、接触面有关，其强弱反映了轴承的质量，对这种冲击脉冲进行测量，就可以评价轴承质量。轴承的冲击脉冲水平是以分贝值来度量的，要求先给出轴承的内径和转速，可以计算出轴承的“冲击脉冲初始值”（dBi）,它是此轴承全寿命状态尺寸的起始状态值。将仪器测得的“冲击脉冲绝对值”（dBsv）扣除“冲击脉冲初始值”可以得出一个归一化的“标准冲击水平值”（dBn），轴承的状态就是以dBn值来量度。dBn值包含两个因素：一是由少量低频强冲击脉冲引起的峰值dBm；二是由大量高频弱冲击脉冲引起的地毯值dBc。dBm与dBc的差值被定义为值。通过对dBm、dBc和值的综合分析，可以得出轴承的状态以及润滑不良、内外圈缺陷、轴承损坏等故障原因。9.检测机器轴承的振动参数，对测量点的选择应注意什么？要点：（1）应选择测量点与轴承距离短、刚性大、信号传递界面少的部位；（2）对于卧式安装设备测量方向在水平、垂直和轴向三个方向，应位于轴承的承载区域；（3）对于立式安装的设备，要在设备轴承端正交90度的部位各选择一个测点；（4）要避免局部共振干扰信号；（5）寻找信号最强的点；a) 对于同一台设备应相对固定测量点，以便于纵向比较。10.分析转子支撑系统联接松动故障原因，如何综合分析诊断转子支撑系统松动故障特征。转子支撑系统联接松动产生异常振动的原因主要有三点：（1）设计制造时配合尺寸加工误差大，改变了设计所需要的配合性质；（2）安装、维修时，支承系统配合间隙过大或紧固不良，防松动措施不当；（3）支撑系统配合性质改变，机壳或基础变形，螺栓松动。11.分析转子支承系统联接松动应把握以下特征信息：（1）特征频率：基频及分数谐波，常伴有二倍频、三倍频等倍频；（2）振动特性不稳定：当工作转速达到某一阈值时，振动突然增大或减小，呈非线性振动；（3）振动方向：沿松动方向振动大；（4）相位特征：不稳定；（5）轴心轨迹：椭圆或紊乱；（6）振动随转速变化敏感，随负荷变化不变。11.分析滚动轴承故障产生的原因，如何综合判断轴承故障？滚动轴承主要故障是滚子和滚道疲劳剥落、凹痕、破裂、腐蚀和杂物嵌入。产生故障的原因包括运输及安装不当、不对中、轴承倾斜、轴承选用不正确、润滑不足或密封失效、负载过大以及制造缺陷。分析判断轴承故障特征频率应把握以下特征：（1） 径向振动在轴承故障特征频率及其低倍频处有峰，若存在多个同类故障（内滚道、外滚道、滚子等缺陷），则在故障特征频率的低倍频处有较大的峰；（2） 内滚道故障特征频率处有边带，边带间隔为1倍频；（3） 滚动体故障特征频率处有边带，边带间隔为保持架故障特征频率；（4） 在加速度频谱的中高频区域若有峰群出现，表明有疲劳故障；（5） 径向振动时域波形有重复冲击特征或者其波峰系统大于5，表明故障产生了高频冲击。12.齿轮箱常见故障有哪些，如何综合分析诊断？齿轮箱常见故障有：节线偏斜、偏心、齿距误差、齿面磨损、点蚀剥落、断齿等。综合分析诊断齿轮箱故障应把握以下几个问题：（1）计算啮合频率，将分析频率设置为啮合频率的四倍左右；（2）在相同工作条件下，针对每个齿轮箱，采集状态良好的频谱作为基准频谱，通过对比分析发现问题。在分析过程中，注意频谱中的啮合频率及其二倍频、三倍频。根据明显增大的啮合频率分量或其谐波分量确定有无故障；（3）在对比其准频谱时，注意啮合频率及其二倍和三倍频有无边缘带，根据边频的频率间隔、边频值的大小确定故障的严重程度；（4）利用连续监测判定齿面点蚀剥落程度。新齿轮全频范围内振动水平较低，啮合频率分量及其二、三次谐波分量依次减小。故障时，频谱振动水平增大，二次谐波幅值超过基波幅值，且二次谐波边频增多；（5）齿轮缺陷产生的冲击可以激发一个或多个齿轮的自振，在自振频率两侧有故障齿轮转速调制产生的边频。13.简述数据采集器的发展趋势。（1）向大容量、多功能、现场频谱分析方向发展（2）向更小型化、功能更单一的方向发展。如测振笔等。（3）向专用化方向发展。14.机器振动的三要素为：振幅、振动频率、振动相位。（1） 振动幅值：用以指示出机器振动时烈度和能量水平，机器运转状态的好坏，主要用振幅大小来判别。（2） 振动频率：通过分析机器的振动频率，探索机器激振力的来源，判断激振力对机器特性的影响。（3） 振动相位：用于确定所观察的机器零部件之间相对运动方位、激振力与响应之间在时间或空间上的相差。通过相位测量，了解机器振动时的阻尼特性、共振区域以及响应模式。15.常见振动信号分析处理方法有哪些？（1）时域分析：波形分析、形态分析、脉冲响应函数、包络分析等；（2）频域分析：FFT（傅里叶变换），自、互功率谱密度、幅值谱、对数谱、包络谱、传递函数、相干分析、小波分析等；（3）轴心轨迹分析：谐波轴心轨迹图、全息谱等。16.在机器振动监测中，主要有几种振幅参数，怎样选择振幅测试参数才能正确反映机器的振动强度。主要有三种振幅参数，分别是： 振动位移。单位：um 振动速度。单位：mm/s 振动加速度。单位：m/s2一般根据对监测对象的表现特征和分析频率要求来选择振动幅值参数。一般原则是：低频信号选择振动位移幅值常数、中频信号选择振动速度幅值常数、高频信号选择振动加速度幅值常数。17.从被测物体振动参量来分，振动传感器分为位移传感器、速度传感器和加速度传感器三类：（1） 位移传感器（2） 速度传感器（3） 加速度传感器要点：加速度传感器输出电量与振动加速度成正比，其频响范围和动态较宽，应用最广泛的是压电式加速度传感器。电涡流式传感器属于非接触式传感器一类，它利用导体在交变磁场作用下的电涡流效应，将形变、位移与压力等物理参数的改变转化为阻抗、电感、品质因数等电磁参量的变化。由于电涡流式传感器具有灵敏度高、频响范围宽、测量范围大、抗干扰能力强、不受介质影响、结构简单以及非接触测量等特点，而得以广泛应用。电涡流传感器线性范围2mm 18.滤波器在振动测量系统中的功能是什么？按特性分为几类 滤波器按工作特性可分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器四类。（1） 低通滤波器让下限频率为零，上限频率为某一固定值的信号通过。（2） 高通滤波器让下限频率为某一固定值，上限频率为无穷大的信号通过。（3） 带通滤波器让下限频率为大于零的某一数值，上限频率为某一有限数值的信号通过。（4） 带阻滤波器让下限频率为大于零的某一数值，上限频率为某一有限数值以外的信号通过。19.振动信号分析系统由哪几部分组成，各部分作用是什么？振动信号分析系统一般有六大部分组成，分别是：（1） 信号拾取单元主要有不同的传感器组成，把供分析的物理量转换为电信号。（2） 前置处理器信号在采样之前先进行放大，滤波等预处理。（3） 模数转换单元把输入的模拟信号转变为离散化的数字信号，即量化处理，以供计算机分析。（4） 采样保持单元用以稳定在模数转换时间内，输入信号的变化量，减小量化误差，提高模数转换精度。（5） 信号分析单元一般由计算机系统组成，可对振动信号进行时域、幅域或频域特性分析。（6） D/A数模转换把计算机的分析处理结果以模拟量的形式输出，提供波形显示或其它用途。20.什么是宽频带振动，怎样根据宽频带振动值判断设备状况？宽频带振动监测是利用测振仪表对机械设备振动频率为10Hz10KHz范围内的通频响应进行的振动测试。把宽带振动的位移、速度、加速度值与相应的振动标准比较，即可判定设备的技术状况及是否需要维修。21.相关分析的物理含义。自相关分析是分析同一信号在不同时刻的相互依赖关系。互相关是分析两个不同信号在不同时刻的相互依赖关系。22.简易诊断通常是根据实测值是否超出了标准给出的界限来判断设备是否存在故障。解释通常采用的判定标准。简易诊断的判定标准大致有三种：(1)绝对判定标准：是用于判断实测值是否超限的绝对量值。(2)相对判定标准：是对设备同一部位定期进行监测并按时间先后进行比较，以无故障情况下的量值为基准，根据实测值与该基准值之比来进行判断的标准。(3)类比判定标准：是对若干同一型号的设备在相同条件下在同一部位进行检测，并将测量值相互比较进行判断的标准。23.旋转机械的振动有几类，各有什么特点。（1） 按振动的频率范围分为3类： 10Hz以下的超低频振动，振动位移大； 1KHz以下的低频振动，振动速度大； 10KHz以上的高频振动，振动加速度大。（2） 按振动信号的统计特征分为两类： 确定性振动（周期性振动、非周期性振动）能用明确的数学关系式或图表来描述。 随机振动不能用明确的数学关系式或图表来描述，只能作为概率的变量处理。24.时域分析和频域分析是振动信号分析的两种最基本的分析方法，问：用于机械故障诊断，各有什么特点：时域分析是将所测得的时间历程信号直接用于各种分析运算。对于机械故障诊断而言，时域分析往往只能回答机械设备是否存在故障，评价故障的严重程度，但不能回答故障产生部位等问题，因此一般用于设备的简易诊断。频域分析是将时域信号经过傅里叶变换为频域信号，然后再对其施行各种运算的分析方法。通过对各种频率成分的分析，对照其零部件运行时的特征频率，以便查找故障源。因此，频域分析回答的是机械设备哪些部位发生了故障，以便有针对性采取措施，属于精密诊断范畴。25.什么叫频谱分析，其特点是什么？频谱分析是把以时间为横坐标的时域信号通过傅里叶变换分解为以频率为横坐标的频域信号，从而求得关于原时域信号频率成分的幅值、相位信息的一种分析方法。频谱分析是频域分析的基础，是机械故障诊断中用得最广泛信号处理方法之一。因为故障发生、发展都会引起频率结构的变化。基